过程控制系统的发展

随着人们物质生活水平的提高以及市场竞争的日益激烈，产品的质量和功能也向更高的档次发展，制造产品的工艺过程变得越来越复杂，为满足优质、高产、低消耗，以及安全生产、保护环境等要求，作为工业自动化重要分支的过程控制的任务也愈来愈繁重。

在现代工业控制中,过程控制技术是一历史较为久远的分支。在上世纪30 年代就已有应用。过程控制技术发展至今天, 在控制方式上经历了从人工控制到自动控制两个发展时期。在自动控制时期内，过程控制系统又经历了四个发展阶段, 它们是：分散控制阶段, 集中控制阶段集散控制阶段和现场总线控制系统阶段。几十年来，工业过程控制取得了惊人的发展，无论是在大规模的结构复杂的工业生产过程中，还是在传统工业过程改造中，过程控制技术对于提高产品质量以及节省能源等均起着十分重要的作用。过程控制正朝高级阶段发展，不论是从过程控制的历史和现状看，还是从过程控制发展的必要性、可能性来看，过程控制是朝综合化、智能化方向发展，即计算机集成制造系统(CIMS)：以智能控制理论为基础，以计算机及网络为主要手段，对企业的经营、计划、调度、管理和控制全面综合，实现从原料进库到产品出厂的自动化、整个生产系统信息管理的最优化。

世界上第一台电子数字计算机于1946年在美国问世。经历了十多年的研究,1959年世界上第一台过程控制计算机TRW)300在美国德克萨斯的一个炼油厂正式投入运行。这项开创性工作为计算机控制技术的发展奠定了基础,从此,计算机控制技术获得了迅速的发展。回顾工业过程的计算机控制历史,经历了以下几个时期:(1)起步时期(20世纪50年代)。20世纪50年代中期,有人开始研究将计算机用于工业过程控制。(2)试验时期(20世纪60年代)。1962年,英国的帝国化学工业公司利用计算机完全代替了原来的模拟控制。(3)推广时期(20世纪70年代)。随着大规模集成电路(LSI)技术的发展,1972年生产出了微型计算机(m-icrocomputer),其最大优点是运算速度快,可靠性高,价格便宜和体积小。(4)发展时期(20世纪80年代)。随着超大规模集成电路(VLSI)技术的飞速发展,使得计算机向着超小型化、软件固定化和控制智能化方向发展。80年代末,又推出了具有计算机辅助设计(CAD)、专家系统、控制和管理融为一体的新型集散控制系统。(5)成熟时期(20世纪90年代)。随着通信技术、网络技术和智能仪表的发展，一种以系统结构高度分散性、互可操作性与互用性、全数字化通信、开放型互联网络为特色的现场总线控制系统出现。

计算机控制系统以其特有的优势和强大的功能,已在过程控制领域得到广泛的应用。同时,随着计算机软硬件技术和通讯技术的飞速发展,新的控制理论和新的控制方法也层出不穷。展望未来,它的发展趋势有以下几个方面。(1)大力推广应用成熟的先进技术。普及应用具有智能I/O模块的、功能强、可靠性高的可编程控制器(PLC),广泛使用智能化调节器,采用以位总线(Bitbus)、现场总线(Fieldbus)技术等先进网络通讯技术为基础的新型DCS和FCS控制系统。(2)大力研究和发展智能控制系统。智能控制是一种无需人的干预就能够自主地驱动智能机器实现其目标的过程,也是用机器模拟人类智能的又一重要领域。智能控制系统的类型主要包括:分级梯阶智能控制系统、模糊控制系统、专家控制系统、学习控制系统、人工神经网络控制系统和基于规则的仿人工智能控制系统等。(3)控制与管理结合,向低成本自动化(LowCostAutomation,LCA)方向发展。LCA是一种以现代技术实现常规自动化系统中的主要的、关键的功能,而投资较低的自动化系统。在DCS和FCS的基础上,采用先进的控制策略,将生产过程控制任务和企业管理任务共同兼顾,构成计算机集成控制系统(CIPS),可实现低成本综合自动化系统的方向发展。总之,由于计算机过程控制在控制、管理功能、经济效益等方面的显著优点,使之在石油、化工、冶金、航天、电力、纺织、印刷、医药、食品等众多工业领域中得到广泛的应用。计算机控制系统将会随着计算机软硬件技术、控制技术和通讯技术的进一步发展而得到更大的发展,并深入到生产的各部门。